天舟天宮鵲橋會,看點在哪?—新聞—科學網

2020-12-25 科學網

 

4月20日晚,天舟一號發射升空,奔向在太空中苦苦等候7個月的天宮二號空間實驗室,一場溫馨鵲橋會在外太空浪漫上演。

現在,就讓《中國科學報》記者帶你一起走近「鵲橋會」,細數「鵲橋會」的三大看點。

看點一:交會對接——3次相擁開啟「太空之吻2.0」

6年前,天宮一號與神舟八號的浪漫太空之吻,舉世矚目。「如果把神舟八號載人飛船對接機構稱為第一代對接機構,那麼天舟一號貨運飛船對接機構可稱為第二代產品,這次是第二代的首飛。」中國航天科技集團八院載人飛船系統、空間實驗室系統副總師張崇峰說。

天舟一號貨運飛船從中國文昌航天發射場發射升空後,首先會與天宮二號空間實驗室進行第一次擁抱合體。此後,天舟一號還會再與天宮二號實現另外兩次交會對接。

從2011年11月3日對接機構首次亮相後,神舟八號、神舟九號、神舟十號都與天宮一號實現了交會對接,神舟十一號與天宮二號實現交會對接並首次實現30天中長期組合體運行。但這次,天舟一號與天宮二號,將實現三次交會對接,而且對接機構組合體保持時間將遠超此前的紀錄,這在我國載人航天歷史上還是第一次。

此次首次對接分離後,飛船實行短時間調頭繞飛後,進行再次對接。之後,飛船將保持較長時間的獨立飛行,而後進行第三次對接。連續三次對接對於對接機構的控制、空間環境壽命、重複對接性能提出了更高要求。

看點二:太空加油——驗證推進劑在軌補加技術

交會對接只是這次任務的開始,天舟一號此行的重要使命是進行推進劑在軌補加。

「天舟一號貨運飛船的重要任務之一是完成『太空加油』,實現天宮二號空間實驗室推進劑的在軌補給。這項技術也是後續我國建造空間站最為關鍵的技術之一。」中國航天科技集團公司五院天舟一號副總設計師徐小平告訴《中國科學報》記者,整個任務期間,計劃安排3次推進劑補加。

那麼,在太空中是怎麼加油的呢?天舟一號與天宮二號對接之後,推進劑會利用兩個太空飛行器之間產生的氣體壓力,從天舟一號上源源不斷地傳到天宮二號上。

雖然看起來和地面加油差不多,但是要真正實現起來,卻並不容易。為了不讓推進劑產生任何洩露,「太空加油」的過程中既要保證準確的對接,又必須滿足密封的要求。所以「太空加油」過程中應用了可浮動的浮動斷接器,消除兩個天舟一號與天宮二號對接過程中偏差的影響,實現準確對接。

目前,在軌飛行器補加技術只有少數幾個國家掌握,在我國「太空加油」技術和關鍵設備由中國航天科技集團公司六院801所獨立自主研製,目前,這一技術通過了多倫地面試驗驗證,其中壓氣機及浮動斷接器等均是國內首創。

看見三:自主繞飛——自己尋找空間站對接口

通過交會對接完成推進劑在軌補加後,天舟一號將撤離天宮二號,伴隨著天宮二號180度轉向,通過自主繞飛,快速趕到天宮前方,從「前」側與天宮二號進行第二次對接。

與神舟十號載人飛船在地面人員支持下進行的繞飛不同,天舟一號更加聰明、獨立。此次天舟一號的繞飛過程中的制導、調姿及進入5千米保持點均由貨運飛船上軟體自主規劃完成。當繞飛指令發出,飛船上制導導航與控制系統的計算機便開始自主規劃繞飛軌跡,自主進行變軌控制,自動進行姿態機動,不需要地面人員幹預。

空間繞飛,精彩但暗含巨大風險,兩個重達十幾噸的飛行器在以每小時29萬千米的高速飛行過程中下完成「上下繞圈」和「翻跟鬥」,其最大的風險就是碰撞,所以,要求兩者的軌跡和姿態必須精準受控。

除了要避免碰撞,「全自主」需要規劃出最優的繞飛軌跡,「自主」完成在特定位置的變軌控制,在預定的時間點到達預定的位置,以消耗儘量少的燃料。同時,飛船還要根據目標飛行器的狀態進行協同控制,包括相對位置、相對速度、相對姿態、相對角速度等,所有因素都必須「完美」。

「如果把神舟十號的繞飛比作是『領著』小朋友學走路,那麼此次天舟一號的繞飛則是『看著』小朋友自己走路。」中國航天科技集團公司五院502所貨運飛船副總設計師張強說,天舟一號此次全自主繞飛正是為飛船自動尋找空間站對接口而發展的技術。

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